光电图像处理课程教学改革的思考.docx

光电图像处理课程教学改革的思考 摘要：根据教育部打造“金课”的要求，光电图像处理课程教研组做了以教师为主导、学生为学习主体的课程教学模式改革：通过精选具有前沿性、工程性的教学内容激发学生的学习兴趣，采用教师引导性教学激励学生主动思考，利用多次渐进式实践训练锻炼学生的综合能力，采用综合教学评价体系评估学生学习效果和教师教学质量，最终打造出一门既可使学生掌握知识技能又可使学生掌握学习方法的光电图像处理“金课”。文章论述了光电图像处理课程教学改革的目标、思路及内容。 本科教育是高等教育人才培养的基础与核心。2018年8月，教育部印发了《关于狠抓新时代全国高等学校本科教育工作会议精神落实的通知》（教高函[2018]8号）光电图像处理课程是《电子信息类专业教学质量国家标准》（2014年版）列出的光电信息科学与工程专业课程。近年来随着人工智能的兴起，光电图像处理技术因属于人工智能获取信息的重要渠道而成为研究热点。据不完全统计，目前国内开设光电图像处理课程或同类课程的学校超过200所。天津大学光电信息科学与工程专业于20世纪80年代初开设光电图像处理专业必修课程，至今已完成2次教材升级，并于2019年完成了在线开放课程建设。课程教研组在授课及课程建设中发现课程存在“内容与工程实际脱节”“注重教师讲解，缺乏与学生互动”“评价机制不能体现学生综合能力”等问题，难以达到“金课”的要求及专业培养目标。为了了解决上述问题，课程教研组以“培养胜任光电信息技术及相关领域的科学研究、设计开发和项目管理等工作的卓越人才”的目标为导向，着重培养学生的自主学习能力和综合工程实践能力。课程教研组打破传统以教师为主体的教学模式，探索了主导-主体式教学模式，通过精选具有前沿性、工程性的教学内容，采用教师引导性教学方式，以学生为学习主体，利用多次渐进式实践训练内容，锻炼学生的学习能力及高阶思维，提升光电图像处理课程教学质量，打造光电图像处理“金课”。一、精选前沿性、工程性的教学案例光电图像处理作为一门工科的专业课程，教学内容应可应用于解决工程实际问题教师在教学中引入光电成像系统实例需注意处理好以下问题：(1)案例要具有常见性。教学案例应为日常生产生活中常见的成像设备，确保学生无需额外学习也能理解该案例的功能。(2)案例要具有简单性。教学案例的结构应尽可能简单，避免在教学中出现由与成像无关的功能或结构所带来的影响。(3)案例要具有吸引力。教学案例应具有一定时代前沿性，能引起学生的兴趣。(4)案例要具有统一性。在一定的教学阶段（比如一章内容）内，所使用的教学实例应统一，以保证学生学习与思考的连贯性。在光电图像处理课程的改革中，课程教研组选择智能手机摄像系统作为教学案例。近年来新型智能手机层出不穷，其中很多以拍摄能力作为卖点，学生对智能手机摄像系统如何实现广告中的强大功能感兴趣，因此该实例既可满足熟悉、简单的要求，又对学生有较强的吸引力。选定教学案例后，教师需从特定的角度出发，引导学生思考，进而提出问题，最终解决问题。下面以2个教学案例为例进行说明。（一）案例一：光电图像处理系统该案例旨在使学生掌握光电图像处理系统的组成及原理，其教学思路如图1所示。教师首先提出问题：为什么使用多摄像头？针对该问题，引导学生从光电图像处理系统的各组成模块及其作用入手，分析单摄像头的局限性，再通过对多摄像头中各摄像头的作用、多摄像头协同工作原理、布局要求、镜头防抖等技术细节的分析，使学生深入理解光电图像处理系统的组成、原理、相互关系及性能制约因素，进而能够针对具体工程要求，掌握分析、设计以及构建光电图像处理系统的能力。（二）案例二：彩色图像的获取该案例旨在使学生掌握光电成像系统获取彩色图像的原理，其教学思路如图2所示。教师首先展示手机摄像头中与色彩信息相关的器件、位置及其作用；接着在灰度图像获取系统的基础上，分析常用彩色器件即滤光片和滤镜层提取色彩信息的原理、应用特点以及与之相应的彩色图像合成方法；然后针对使用滤光片和滤镜层会出现分辨率下降的问题，引导学生思考解决思路，继而以黑白+彩色双摄手机为例提出高分辨率彩色图像获取方法。在上述2个教学案例中，教师以讲解与引导为主，以问题引导学生思考，使学生在逐步深入思考中掌握知识。在此过程中，为保证学生学习注意力集中，教师要求学生每次思考的时间不超过1分钟，接着互相讨论1分钟，进一步加深对所思考问题的理解，发现其中的不足，进而能够提出问题，增强对教师下一步讲解的关注度和理解力。二、教师引导逻辑主线式教学以工程实际案例为核心的教学方式可有效提升学生作为学习主体的兴趣和学习积极性，并使学生能够将所学与实际应用联系起来。但光电图像处理课程的部分教学内容具有较强的理论性，难以仅仅使用工程案例来开展教